CN105738379A - 一种多晶硅薄膜的检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多晶硅薄膜的检测装置及检测方法，该检测装置包括：供发射光束的一发射单元、供接收反射光束的一接收单元、一控制单元、以及一影像侦测单元，所述控制单元分别连接控制所述发射单元、所述接收单元和所述影像侦测单元，所述控制单元接收所述发射单元、所述接收单元和所述影像侦测单元传送的信号，通过接收到的信号逻辑判断所述多晶硅薄膜的图像缺陷。提高多晶硅薄膜的检测准确度，减少人眼主观判断的错误率，相对于传统的裂片检测有效地缩短检测时间。

Description

一种多晶硅薄膜的检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种多晶硅薄膜的检测技术，尤指一种检测多晶硅薄膜Mura缺陷的检测装置及检测方法。

背景技术

多晶硅薄膜材料同时具有单晶硅材料的高迁移率及非晶硅材料的可大面积、低成本制备的优点。因此，对于多晶硅薄膜材料的研究越来越引起人们的关注，多晶硅薄膜的制备工艺可分为两大类：一类是高温工艺，制备过程中温度高于600度，衬底使用昂贵的石英，但制备工艺较简单。另一类是低温工艺，加工工艺温度低于600度，可用廉价玻璃作衬底，因此可以大面积制作，但制备工艺较复杂。

现行采用低温工艺制备多晶硅薄膜较为普遍，经激光照射后，非晶硅薄膜转换成为多晶硅薄膜，如图1所示，发射单元10发射出激光束101经反射镜60反射到非晶硅薄膜20的表面，经激光束101照射的非晶硅薄膜20转换成为多晶硅薄膜201。由于薄膜成长的均匀性受到非晶硅材料的特性、激光设备能力的稳定性、光束均匀性、移动平台的稳定性、腔体氧浓度等因素影响，造成制作出的多晶硅薄膜会产生Mura(线条)缺陷、结晶性不佳等现象。对生产出的多晶硅薄膜进行检测的方法主要采用在多晶硅薄膜表面照射一强光灯，以人类眼睛主观判断，如图2所示，通过光源401照射多晶硅薄膜201的表面，人眼50以一定角度观看判断，这样会造成误判等情况的发生。另外检测方法还有破坏性的裂片检测，但是需要花费几个小时的时间，造成时间浪费，影响生产效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种多晶硅薄膜的检测装置及检测方法，可以解决因人眼观察带来的误判问题，缩短检测时间。

实现上述目的的技术方案是：

本发明一种多晶硅薄膜的检测装置，包括：发射单元，用于向待测多晶硅薄膜发射探测光束；

接收单元，用于接收由所述发射单元所发射的探测光束经所述待测多晶硅反射的探测反射光束；

控制单元，连接于所述发射单元和所述接收单元，用于根据获得的所述发射单元发送的探测光束信号和所述接收单元接收的探测反射光束信号而检测所述待测多晶硅薄膜表面的缺陷密度，并在检测到所述待测多晶硅薄膜表面的缺陷密度为不合格时发出结束检测的中断信号以及在检测到所述待测多晶硅薄膜表面的缺陷密度为合格时发出控制信号；

影像侦测单元，连接于所述控制单元，用于根据所述控制单元发送的控制信号而对多晶硅薄膜进行拍摄并将拍摄所形成图像信号传送给所述控制单元，以供所述控制单元根据所述图像信号判定所述待测多晶硅薄膜的图像缺陷。

上述装置通过控制单元接收并分析发射单元与接收单元传送的信号，控制单元中的逻辑运算是根据肖克莱-里德-霍尔(Shockley-Read-Hall)理论设计的，薄膜材料表面上的载子生命周期与缺陷密度成反比，所以通过发射单元发出一探测光束照射多晶硅薄膜会产生一电子电洞对，在通过发射单元发射一激光束复合该电子电洞对，通过反射单元接收激光束的反射信号，通过反射信号来判断多晶硅薄膜表面的缺陷特性，进而得出薄膜载子生命周期的量测。上述薄膜缺陷密度的检测，提高了多晶硅薄膜的检测准确度，减少人眼主观判断的错误率，相对于传统的裂片检测有效地缩短检测时间。上述检测合格后，再经过影像侦测单元进一步形成图像信号，通过图像检测多晶硅薄膜，根据检测结果作出判断，即完成了非接触式多晶硅薄膜检测。

本发明一种多晶硅薄膜的检测装置的进一步改进在于，所述控制单元包括所述缺陷密度的初设条件，

当所述缺陷密度与初设条件不符时，所述控制单元发送中断信号，结束多晶硅薄膜的检测；当所述缺陷密度符合初设条件时，所述控制单元发送控制信号至所述影像侦测单元。

本发明一种多晶硅薄膜的检测装置的进一步改进在于，所述影像侦测单元包括一相机和一光源，所述光源照射多晶硅薄膜，所述相机与所述多晶硅薄膜成一角度拍摄所述多晶硅薄膜并将图像信号传送至所述控制单元。

本发明一种多晶硅薄膜的检测装置的进一步改进在于，所述相机为电感耦合相机。

本发明一种多晶硅薄膜的检测装置的进一步改进在于，所述角度为所述相机拍摄方向与所述多晶硅薄膜表面之间的夹角，所述夹角为5度至45度之间。

本发明一种多晶硅薄膜的检测装置的进一步改进在于，所述图像缺陷为Mura缺陷。

本发明一种多晶硅薄膜的检测方法，包括如下步骤：

通过发射单元发射一探测光束至多晶硅薄膜，于所述多晶硅薄膜上形成电子电洞对；

调制发射单元在发射一激光束复合所述电子电洞对；

通过接收单元接收所述激光束的反射信号；

将所述反射信号传送至一控制单元，所述控制单元判断所述多晶硅薄膜表面的缺陷密度；

判断所述缺陷密度符合初设条件，则控制影像侦测单元进行检测，若所述缺陷密度不符合所述初设条件，则得出多晶硅薄膜检测不合格进而中断检测；

所述影像侦测单元进行检测时，对所述多晶硅薄膜进行拍摄，将形成的图像信号传送给所述控制单元，所述控制单元根据所述图像信号判定所述待测多晶硅薄膜的Mura缺陷。

本发明一种多晶硅薄膜的检测方法的进一步改进在于，所述影像侦测单元包括一光源和一相机，所述影像侦测单元进行检测时的具体步骤为：

通过所述光源照射所述多晶硅薄膜；

通过所述相机与所述多晶硅薄膜成一角度拍摄所述多晶硅薄膜，将拍摄而成的图像信号传送至所述控制单元。

本发明一种多晶硅薄膜的检测方法的进一步改进在于，所述相机为电感耦合相机。

本发明一种多晶硅薄膜的检测方法的进一步改进在于，所述角度为所述相机拍摄方向与所述多晶硅薄膜表面之间的夹角，所述夹角为5度至45度。

附图说明

图1为现有技术中多晶硅薄膜制备过程状态原理图；

图2为现有技术中人眼判断多晶硅薄膜的Mura缺陷的原理图；

图3为本发明一种多晶硅薄膜的检测装置的系统框图；

图4为本发明一种多晶硅薄膜的检测方法的流程图；

图5为本发明一种多晶硅薄膜的检测装置及检测方法中多晶硅薄膜缺陷密度检测的原理图；

图6为本发明一种多晶硅薄膜的检测装置及检测方法中多晶硅薄膜Mura缺陷检测的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参阅图3所示，为本发明一种多晶硅薄膜的检测装置的系统框图。通过包括多晶硅薄膜的缺陷密度检测和多晶硅薄膜的影像侦测的两步骤的结合，完成多晶硅薄膜Mura缺陷的检测，可以有效地保证多晶硅薄膜检测的准确度，还减少了人眼观察的误判，相对于传统的检测方法可以缩短检测时间。本发明的检测装置依据本发明的检测方法而设计的，进一步地简化了多晶硅薄膜的检测工艺，节约成本。下面结合附图对本发明一种多晶硅薄膜检测装置及检测方法进行说明。

如图3至图6所示，本发明一种多晶硅薄膜检测装置包括一发射单元10、一接收单元30、一控制单元70、一影像侦测单元40，控制单元70连接并控制发射单元10、接收单元30以及影像侦测单元40，控制单元70接收发射单元10、接收单元30以及影像侦测单元40传送的信号，通过对接收到的信号进行逻辑判断，得出多晶硅薄膜201的检测结果，即多晶硅薄膜201的Mura缺陷。

以下对上述各个单元进行详细描述。

发射单元10用于发射光束，主要有探测光束102与激光束101，探测光束102与激光束101的发射角度不同。

接收单元30用于接收反射的激光束101，然后将反射信号传送给控制单元70。

影像侦测单元40包括一相机和一光源401，通过光源401照射多晶硅薄膜201，然后相机以一定角度拍摄多晶硅薄膜201形成图像信号，该角度为相机的拍摄方向与多晶硅薄膜201表面之间的夹角，该夹角为5度至45度。影像侦测单元40将图像信号传送给控制单元70。影像侦测单元40中的相机采用CCD(Charge-coupledDevice，电荷耦合元件)相机，CCD相机能够把光学影像转化为数字信号。

控制单元70接收发射单元10、接收单元30以及影像侦测单元40传送的信号，并对接收的所述信号逐一进行分析，进而得出多晶硅薄膜201的检测结果。

下面对本发明一种多晶硅薄膜检测装置的具体工作原理进行说明：当多晶硅薄膜201生产完成后，先对多晶硅薄膜201的缺陷密度进行检测，结合图5所示，控制单元控制发射单元10发射探测光束102，探测光束102照射到多晶硅薄膜201表面，于多晶硅薄膜201上形成一空间电荷区，产生电子电洞对2011。然后控制单元控制发射单元10发射出激光束101，激光束101复合探测光束102形成的电子电洞对2011，然后反射光被接收单元30接收，接收单元30发送接收信号到控制单元，控制单元通过分析激光束101的反射信号，来判断薄膜表面的缺陷密度等特性。根据肖克莱-里德-霍尔(Shockley-Read-Hall)理论，薄膜材料表面上的载子生命周期与缺陷密度成反比，进而得出了多晶硅薄膜201表面载子生命周期，实现了多晶硅薄膜表面缺陷密度的检测。当该检测结果不符合初设条件时，则中断检测，返回生产制造检测生产设备，若该检测结果符合初设条件，控制单元触发影像侦测单元40启动，结合图6所示，光源401发出光照射多晶硅薄膜201，然后影像侦测单元40内的相机启动，以一定角度拍摄多晶硅薄膜201，形成图像信号，影像侦测单元40将该图像信号传送给控制单元，控制单元测量多晶硅薄膜201的光学特性，若多晶硅薄膜201的测量结果不符合初设条件时(即图像信号中显示多晶硅薄膜201表面具有线状阴影)则返回生产制造检测生产设备，若符合初设条件后，即完成了非接触式的多晶硅薄膜检测。得到了合格的多晶硅薄膜。

如图4所示，对本发明一种多晶硅薄膜的检测方法进行说明。

当多晶硅薄膜生产完成后，取来该薄膜进行性能检测；

执行步骤S1，多晶硅薄膜缺陷密度量测。结合图5所示，通过发射单元10发射出一探测光束102照射到该多晶硅薄膜201上，于照射处形成了空间电荷区，产生电子电洞对2011；

接着，调整发射单元10发射一激光束101，用激光束101复合上述电子电洞对2011；

然后，接收单元30接收激光束101的反射信号；因薄膜材料表面的缺陷不同，会造成反射信号不同，这样反过来通过反射信号来判断得出多晶硅薄膜201表面的缺陷密度特性。根据肖克莱-里德-霍尔(Shockley-Read-Hall)理论得知薄膜材料表面上的载子生命周期与缺陷密度成反比，进而根据多晶硅薄膜表面的缺陷密度特性得出了多晶硅薄膜表面的载子生命周期，实现了多晶硅薄膜表面缺陷密度的检测。上述逻辑判断可以通过一控制单元来实现，将反射信号传送给控制单元。

执行步骤S2，量测结果的判断。控制单元接收到了反射信号，计算得出多晶硅薄膜201表面的缺陷密度，与控制单元中的初设条件进行比较，逻辑判断缺陷密度是否符合要求。如果缺陷密度检测结果不合格，则返回生产制造工艺，检查生产设备。如果缺陷密度检测结果合格，则继续执行步骤S3，进行影像检测。

执行步骤S3，多晶硅薄膜影像侦测测量。影像侦测单元包括一相机和一光源401，光源401发出光照射多晶硅薄膜201，然后影像侦测单元40内的相机启动，以一定角度拍摄多晶硅薄膜201，形成图像信号，影像侦测单元40将该图像信号传送给控制单元，控制单元根据该图像信号测量多晶硅薄膜201的光学特性。

执行步骤S4，图像处理结果的判断。控制单元接收到了图像信号，根据图像信号进行判断，具体为，若多晶硅薄膜201的测量结果不符合初设条件时(即图像信号中显示多晶硅薄膜201表面具有线状阴影)则返回生产制造检测生产设备，若符合初设条件后，即完成了非接触式的多晶硅薄膜检测。得到了合格的多晶硅薄膜201。

下面对本发明的有益效果进行说明。

根据肖克莱-里德-霍尔(Shockley-Read-Hall)理论，采用光束的反射信号推导得出薄膜的均匀性，相对于人眼观察，本发明的技术方案检测的准确度更高，而且检测时间短，有效地提高效率。

采用两种检测方法，同时设置了返回流程，更进一步地提高本检测方法及装置的精确度，减少人眼的误判可能性，第一种检测方法测量多晶硅薄膜的电气特性，第二种检测方法测量多晶硅薄膜的光学特性。相对于破坏式检测，本发明属于一种非破坏式检测，并且可以缩短量测时间。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多晶硅薄膜的检测装置，其特征在于，包括：

发射单元，用于向待测多晶硅薄膜发射探测光束；

接收单元，用于接收由所述发射单元所发射的探测光束经所述待测多晶硅反射的探测反射光束；

控制单元，连接于所述发射单元和所述接收单元，用于根据获得的所述发射单元发送的探测光束信号和所述接收单元接收的探测反射光束信号而检测所述待测多晶硅薄膜表面的缺陷密度，并在检测到所述待测多晶硅薄膜表面的缺陷密度为不合格时发出结束检测的中断信号以及在检测到所述待测多晶硅薄膜表面的缺陷密度为合格时发出控制信号；

影像侦测单元，连接于所述控制单元，用于根据所述控制单元发送的控制信号而对多晶硅薄膜进行拍摄并将拍摄所形成图像信号传送给所述控制单元，以供所述控制单元根据所述图像信号判定所述待测多晶硅薄膜的图像缺陷。

2.如权利要求1所述的一种多晶硅薄膜待检测装置，其特征在于：所述控制单元包括所述缺陷密度的初设条件，

当所述缺陷密度与初设条件不符时，所述控制单元发送中断信号，结束多晶硅薄膜的检测；

当所述缺陷密度符合初设条件时，所述控制单元发送控制信号至所述影像侦测单元。

3.如权利要求1所述的一种多晶硅薄膜的检测装置，其特征在于，所述影像侦测单元包括一相机和一光源，所述光源照射多晶硅薄膜，所述相机与所述多晶硅薄膜成一角度拍摄所述多晶硅薄膜并将图像信号传送至所述控制单元。

4.如权利要求3所述的一种多晶硅薄膜的检测装置，其特征在于，所述相机为电感耦合相机。

5.如权利要求3所述的一种多晶硅薄膜的检测装置，其特征在于，所述角度为所述相机拍摄方向与所述多晶硅薄膜表面之间的夹角，所述夹角为5度至45度之间。

6.如权利要求1所述的一种多晶硅薄膜的检测装置，其特征在于，所述图像缺陷为Mura缺陷。

7.一种多晶硅薄膜的检测方法，该方法包括如下步骤：

通过发射单元发射一探测光束至多晶硅薄膜，于所述多晶硅薄膜上形成电子电洞对；

调制发射单元再发射一激光束复合所述电子电洞对；

通过接收单元接收所述激光束的反射信号；

将所述反射信号传送至一控制单元，所述控制单元判断所述多晶硅薄膜表面的缺陷密度；

判断所述缺陷密度符合初设条件，则控制影像侦测单元进行检测，若所述缺陷密度不符合所述初设条件，则得出多晶硅薄膜检测不合格进而中断检测；

所述影像侦测单元进行检测时，对所述多晶硅薄膜进行拍摄，将形成的图像信号传送给所述控制单元，所述控制单元根据所述图像信号判定所述待测多晶硅薄膜的Mura缺陷。

8.如权利要求7所述的一种多晶硅薄膜的检测方法，其特征在于，所述影像侦测单元包括一光源和一相机；所述影像侦测单元进行检测时的具体步骤为：

通过所述光源照射所述多晶硅薄膜；

通过所述相机与所述多晶硅薄膜成一角度拍摄所述多晶硅薄膜，将拍摄而成的图像信号传送至所述控制单元。

9.如权利要求8所述的一种多晶硅薄膜的检测方法，其特征在于，所述相机为电感耦合相机。

10.如权利要求8所述的一种多晶硅薄膜的检测方法，其特征在于，所述角度为所述相机拍摄方向与所述多晶硅薄膜表面之间的夹角，所述夹角为5度至45度。